Поскольку полупроводниковые технологии лежат в основе всего, от бытовой электроники до военной техники, монопольный контроль США над цепочкой поставок интегральных микросхем (ИМС) рассматривается Вашингтоном как важнейшее условие восстановления американской гегемонии в мире.
С целью сохранения такого контроля Вашингтон перешёл от ограничений на сотрудничество американских производителей ИМС с китайскими компаниями к запрету на поставки не только передовых ИМС, но и оборудования для их создания. Этот шаг стал серьёзным вызовом для китайской полупроводниковой промышленности, а для Китая в целом – источником потенциальных рисков безопасности.
Но попытки США сдержать технологическое развитие КНР подтолкнули её к интенсификации собственных технологических решений как в области производства ИМС, так в производстве ключевого оборудования. В данный момент Китай находится на завершающей стадии испытаний альтернативной технологии создания литографических станков, успех которых обеспечит китайским производителям технологическую независимость в производстве ИМС и может существенно повлиять на мировой рынок этой продукции.
Американская стратегия сдерживания развития КНР в этой отрасли на всех этапах испытывала трудности в попытках совместить ограничения на сотрудничество США с китайскими компаниями с предотвращением ущерба для американских компаний. Из-за тесной промышленной кооперации двух стран эта задача оказалась зачастую невыполнимой.
Очередной шаг США, ограничивающий сотрудничество своих компаний и компаний своих союзников с китайской стороной в полупроводниковой отрасли, правительство США предприняло 17 октября. Были в очередной раз обновлены правила экспортного контроля ИМС для искусственного интеллекта (ИИ) для таких компаний, как «Нвидиа». Им было запрещено экспортировать передовые ИМС для ИИ в Китай.
До последнего времени к продаже в КНР были запрещены некоторые ИМС, выполненные по самым передовым технологическим нормам 7 и 5 нм., которые используются в устройствах ИИ (а они всё шире применяются в оборонной области), и оборудование (литографические станки) нидерландской фирмы АСМЛ последнего поколения, которая монопольно владеет технологией экстремального ультрафиолетового излучения (ЭУФИ) для их производства.
При этом была разрешена к продаже вся линейка оборудования предыдущего поколения для печати ИМС по более крупному техпроцессу глубокого ультрафиолетового излучения (ГУФИ) и передовые станки для подготовительной обработки кремниевых пластин. Это оборудование китайские производители покупали не только у АСМЛ, но и у японских фирм – «Никон» и «Toкио Электрон».
В Китае решали проблему двумя путями: доводили до совершенства технологию производства ИМС на литографических станках ГУФИ и одновременно вели активные разработки альтернативной технологии создания ИМС с узлами менее 14 нм. Успеха добились на обоих путях.
Инженеры СМИК – крупнейшего китайского контрактного производителя ИМС, смогли на имеющемся оборудовании усовершенствовать технологию создания ИМС и своими силами запустили крупносерийное производство процессоров, сопоставимых с зарубежным 7-нм и 5-нм техпроцессом. Один из них лёг в основу модели «Хуавэй Mэйт 60 Про», с которым компания вернулась в сегмент флагманских смартфонов с 5G.
Выиграли также американские поставщики вспомогательного оборудования, востребованного в этой технологии, которые увеличили продажи в Китай. Например, представители «Панлин групп» – американского производителя такого оборудования – заявили, что последние экспортные ограничения США вряд ли окажут какое-либо существенное влияние на компанию. Компания считает, что её китайское производство продолжит сохранять высокие темпы роста и в следующем году.
Сейчас США принудили своих союзников ограничить экспорт в КНР некоторых видов литографических станков предыдущего поколения, с помощью которых китайскому производителю микросхем СМИК удалось раздвинуть границы технологии глубокого УФ-излучения. В настоящее время АСМЛ производит одиннадцать различных устройств, печатающих ИМС по технологии ГУФИ. Некоторые из её старых моделей теперь вынуждены проходить систему лицензирования.
Но планов свёртывать деятельность в Китае у АСМЛ нет. Голландский производитель полупроводникового оборудования с сентября ведёт набор персонала на 2024 г. в свои обучающие центры в Китае в том же объёме, что и в прошлом году (200 специалистов). Это свидетельствует о сохранении компанией планов работы на китайском рынке, несмотря на геополитические препятствия, которые влияют на мировую цепочку поставок ИМС.
Китайский отраслевой аналитик Сян Лиган считает, что «даже, если продажи определённого оборудования в будущем будут заблокированы, компании всё равно понадобятся сотрудники для обслуживания существующего парка литографских машин в Китае и обслуживания клиентов». АСМЛ ежегодно продаёт в Китай около 80 машин для глубокой ультрафиолетовой литографии, на долю которых приходится около 15 % выручки компании.
Успешно идут китайские инженеры и по второму пути решения проблемы санкций – достижение технологической независимости в ключевых технологиях производства ИМС. Китайские ученые с 2017 г. исследуют альтернативный путь литографии, который будет работать на ускорителе частиц.
На данный момент для производства микросхем с размером структур менее 13,5 нм. компания АСМЛ использует раздробленные лазером микрокапли олова для создания ультрафиолетового излучения (УФ-излучения) с длиной волны 13,5 нм., т. е. ЭУФИ или ЭУФ-литография (англ. сокращение - EUV). Свет в этом диапазоне необходим для засветки кремниевых пластин через специальный трафарет (маску), чтобы нанести на пластины схему будущего расположения транзисторов. Упрощённо говоря, сочетая процессы засветки (собственно, фотолитографии), травления (вымывания засвеченных участков) и осаждения, транзисторы как бы печатаются слой за слоем на кремнии.
Китайские учёные под руководством профессора Тан Чжуаньсяна из Университета Цинхуа разрабатывают новую технологию получения источника света необходимой длины волны. Это т. н. стационарное микрораспределение (СМР; англ. – SSMB), когда для получения света используется энергия заряженных частиц во время их ускорения. Результатом является узкополосное, малорассеивающееся и непрерывное УФ-излучение с такой же, как и у АСМЛ длиной волны – 13,5 нм., которая необходима для производства микросхем, в том числе по 2 нм. техпроцессу.
Технология СМР обещает высокую выходную мощность и более совершенный источник света с более высокой производительностью микросхем при более низких удельных затратах, чем нынешняя технология получения ЭУФ-литографии фирмы АСМЛ, чьё оборудование под давлением США запрещено к продаже в КНР.
Коллектив китайских учёных успешно провёл первый этап проверки этой технологии на метрологическом источнике света в Берлине в 2021 году. В 2022 году был разработан новый прототип на базе Университета Цинхуа. В данный момент планируется строительство гигантского завода по производству микросхем, который включает в себя ускоритель с длиной контура 100-150 метров. Университет Цинхуа уже проводит переговоры с властями нового района Сюнган о выборе места для строительства ускорителя частиц.
Эта инновация потенциально может усилить позиции Китая в индустриальном производстве передовых микросхем, в том числе и по наиболее передовому на сегодня 2-нм техпроцессу, и вывести страну на лидирующие позиции в полупроводниковой индустрии.
Китайские эксперты утверждают, что такой подход приведёт к увеличению объёма производства микросхем, снижению удельной стоимости и лучшей средней мощности, чем текущая передовая технология ЭУФИ компании АСМЛ. В случае успеха технология СМР обеспечит КНР прорыв в одной из ключевых для экономического развития и обеспечения безопасности областей и поможет Китаю решить проблемы будущих санкций.
Этот инновационный скачок Китая может изменить расстановку сил в мировой полупроводниковой промышленности. Но в любом случае США уже проиграли в своём стремлении остановить развитие Китая на 14-нм техпроцессе и предотвратить достижение им технологической независимости от Запада.
Фото: caixinglobal.com
